W ciągu dnia na powierzchnię planety wnikają strumienie energii słonecznej. Naukowcy i inżynierowie od dawna wymyślili, jak z niego korzystać. Panele słoneczne mogą konwertować energię światła dziennego. Ich skuteczność wciąż jest daleka od ideału, ale z czasem będzie wzrastać dzięki pracy specjalistów.
Instrukcje
Krok 1
Praca ogniwa słonecznego opiera się na właściwościach fizycznych ogniw półprzewodnikowych. Fotony światła wybijają elektrony z zewnętrznego promienia atomów. W tym przypadku powstaje znaczna liczba wolnych elektronów. Jeśli teraz zamkniesz obwód, popłynie przez niego prąd elektryczny. Jest jednak za mały, aby ograniczyć się do zastosowania jednej lub dwóch fotokomórek.
Krok 2
Zazwyczaj poszczególne elementy są łączone w system, tworząc baterię. Kilka takich baterii jest używanych do tworzenia modułów. Im więcej ogniw słonecznych jest połączonych ze sobą, tym wyższa wydajność systemu technicznego. Ważna jest również pozycja baterii słonecznej względem strumienia świetlnego. Ilość energii zależy bezpośrednio od kąta padania promieni słonecznych na fotokomórki.
Krok 3
Jedną z głównych cech wydajności ogniwa słonecznego jest współczynnik wydajności (COP). Definiuje się ją jako wynik dzielenia mocy otrzymanej energii przez moc strumienia świetlnego, który pada na powierzchnię roboczą akumulatora. Do tej pory sprawność ogniw słonecznych stosowanych w praktyce waha się od 10 do 25 proc.
Krok 4
Jesienią 2013 roku w prasie pojawiły się doniesienia, że niemieckim inżynierom udało się stworzyć eksperymentalną fotokomórkę, której sprawność jest bliska 45%. Aby osiągnąć tak niesamowitą wydajność dla standardowego panelu słonecznego, projektanci musieli użyć czteropiętrowego układu fotokomórek. Umożliwiło to zwiększenie całkowitej liczby użytecznych złączy półprzewodnikowych.
Krok 5
Eksperci obliczyli, że w przyszłości całkiem możliwe będzie osiągnięcie wyższych wskaźników wydajności, nawet do 85%. Jaki jest powód, dla którego obecny akumulator pozostaje w tyle za charakterystyką projektu? Różnicę między liczbami rzeczywistymi a teoretycznie możliwymi wskaźnikami wyjaśniają właściwości materiałów użytych do produkcji baterii. Panele są zwykle wykonane z krzemu, który może pochłaniać jedynie promieniowanie podczerwone. Ale energia promieni ultrafioletowych prawie nigdy nie jest wykorzystywana.
Krok 6
Jednym ze sposobów na poprawę wydajności ogniw słonecznych jest zastosowanie struktur wielowarstwowych. Taki moduł zawiera kilka cienkich warstw wykonanych z różnych materiałów. W tym przypadku substancje dobiera się tak, aby warstwy były dopasowane pod kątem pochłaniania energii. Teoretycznie takie wielowarstwowe „ciasta” mogą zapewnić wydajność do prawie 90%.
Krok 7
Kolejnym obiecującym kierunkiem rozwoju jest zastosowanie paneli wykonanych z monokryształów krzemu. Niestety ten materiał jest nadal znacznie droższy niż analogi polikrystaliczne. Tak więc, aby zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, konieczne jest podniesienie kosztów projektu, co wydłuża okres zwrotu.
